基于多测点关联分析的工作面瓦斯浓度实时预警

为有效分析矿井瓦斯监测数据以拓展监控系统功能,实现工作面瓦斯浓度的有效预警,研究基于多测点实时监测数据关联分析的工作面瓦斯(甲烷)浓度预警方法。通过分析瓦斯实测数据的统计特征,以及利用贝叶斯网络方法分析工作面与其关联监测点瓦斯实测数据构成时间序列的关联特征,确定基于实时监测数据的瓦斯预警指标及其预警阈值,进而分析瓦斯浓度异常情况,实现基于监测数据分析的实时、动态量化预警。实例分析表明,将该方法应用于工作面瓦斯浓度预警,结果显示了瓦斯浓度持续偏大时段反映出的异常情况,符合实际瓦斯浓度变化趋势。     

综采面瓦斯来源及分布规律现场实测分析

为了分析综采工作面瓦斯涌出来源与分布规律,提出了通过单元法现场测试工作面各瓦斯涌出源所占比例以及工作面瓦斯分布规律,研究结果表明,15102工作面采空区瓦斯涌出量占工作面瓦斯总涌出量的20.75%,来自落煤及煤壁的瓦斯占工作面瓦斯总涌出量的79.25%。在工作面上隅角位置,风流经上隅角将大量采空区瓦斯带出,致使采空区瓦斯进入工作面,引起工作面瓦斯浓度剧烈变化。研究结论对矿井采取合理的工作面瓦斯治理措施具有重要的指导意义。     

煤层小断层附近采动应力演化特征与瓦斯突出防治

为提高煤层小断层附近瓦斯突出防治的针对性,以古汉山矿地质条件为背景,通过数值模拟研究了与工作面开采方向0°夹角、45°夹角、90°夹角小断层附近采动应力演化特征。结果表明,当工作面沿地应力场最大主应力方向开采时,小断层附近构造应力逐渐得到释放,与工作面0°夹角断层和与工作面45°夹角断层附近的采动应力场分布均匀,工作面瓦斯突出的危险性小,而与工作面90°夹角断层因断层应力阻隔效应,工作面的采动应力分布呈现差异,瓦斯突出危险部位沿断层走向分布;当沿工作面垂直最大主应力方向开采时,断层附近的构造应力叠加与断层应力阻隔效应一起导致采动应力逐渐增大,工作面采动应力分布呈现显著差异,在小断层附近存在瓦斯突出危险部位。煤矿现场瓦斯突出防治应在加强小断层探测的基础上,结合区域地应力场方向、开采条件、断层走向,对断层附近瓦斯突出危险部位做出预测,从而提高小断层附近瓦斯突出防治工作的针对性。     

采煤工作面瓦斯涌出量分源计算

采煤工作面瓦斯涌出量计算是矿井通风设计和瓦斯治理的重要依据。根据煤层瓦斯涌出特点,将瓦斯涌出源分为煤壁、采落煤、运煤和采空区4个分源。基于采煤工作面瓦斯浓度监测数据中包含的各源瓦斯涌出信息,建立绝对瓦斯涌出量分源计算方法。以古汉山矿长壁采煤工作面为例,介绍该方法的应用过程。研究结果表明,通过分析采煤和准备工序期间单一或组合瓦斯浓度监测曲线特征,能够计算采煤工作面分源瓦斯涌出量。     

压入式局部通风倾斜巷道掘进工作面瓦斯分布规律

运用Fluent软件对压入式局部通风倾斜巷道掘进工作面瓦斯分布进行了模拟.比较了向上掘进和向下掘进巷道中瓦斯分布的不同;分析了风量对向上、向下倾斜掘进巷道中瓦斯分布的影响;研究了消除瓦斯高浓度区域向上、向下倾斜巷道所需风量的差别.结果表明:当条件相同,即风筒出口平均风速、倾斜角度和迎头瓦斯涌出量相同时,向上倾斜掘进工作面的高浓度瓦斯区域比向下倾斜时的高浓度瓦斯区域大;当回风流中瓦斯平均浓度不变时,随着风量和瓦斯涌出量的增加,由于风量的增加使到达迎头的风速变大,使空气和瓦斯混合得更加均匀,向上倾斜掘进工作面的高浓度瓦斯区域和向下倾斜的高浓度瓦斯区域之间的差距逐渐减小.消除高浓度瓦斯区域所需的风筒出口风量向上倾斜掘进巷道比向下倾斜掘进巷道大.     

基于瓦斯涌出时间序列的煤与瓦斯突出预测方法研究

基于瓦斯涌出时间序列(简称G序列),研究了利用G线图、移动平均线模型和综合法进行煤与瓦斯突出预测的方法.研究表明:G序列G线图法可实时反映瓦斯涌出的细小变化情况,从而可对瓦斯突出前的异常变化特征及时辨识,但是由于瓦斯涌出影响因素复杂,短期内的异常波动并不一定是突出信号,从而容易造成误判.而移动平均线模型以均线系统为基础,通过判别瓦斯涌出浓度在一定时期内的总体变化趋势,揭示煤体中影响煤与瓦斯突出的各因素与突出之间的关系.综合法利用G线图结合移动平均线模型进行突出预测,除G线图和移动平均线本身提供的信息外,结合G线与不同周期的移动平均线的相互穿越发出的一些反转信号,能够更为准确地预报瓦斯突出.     

高瓦斯易自燃工作面高抽巷瓦斯抽采与采空区遗煤自燃相互影响研究

为了实现瓦斯与煤自燃两大灾害的联合防治,首先对布置高抽巷条件下瓦斯与遗煤自燃多因素相互影响关系进行了理论分析和归纳总结。结合淮南潘二煤矿11223高瓦斯易自燃工作面,建立了带有高抽巷的物理模型,利用UDF编译了本煤层与邻近层瓦斯涌出源项、采空区三维孔隙率和低温条件下煤氧化反应氧气消耗速率。在此基础上,分析了高抽巷布置参数和抽采参数以及工作面风量对高抽巷瓦斯抽采效果和采空区自燃带分布相互影响的规律。结果表明,当工作面风量为2 000 m3/min,高抽巷布置在顶板上方40 m时,高抽巷瓦斯抽采浓度和纯量分别达32.3%和29.07 m3/min,占总瓦斯涌出量的69.71%,同时能满足实际防火的要求。研究结果可为类似条件下高抽巷最佳施工与抽采参数提供借鉴。     

基于动态数据驱动的煤矿瓦斯异常涌出风险预警系统设计*

为解决煤矿瓦斯异常涌出风险预警过程中过度依赖系统模型,不能动态实时修正预测模型,预测、预报精准度和可靠度不高的难题,基于动态数据驱动技术,搭建瓦斯异常涌出风险预警系统架构,探讨动态数据驱动的瓦斯涌出监测曲线拟合、动态预警模型选择和修正、预警系统研发等关键性技术,开发基于动态数据驱动的瓦斯异常涌出风险预警系统软件。结果表明:动态数据驱动技术在煤矿瓦斯异常涌出风险预警方面具有强大的信息处理和问题求解能力,可实现仿真系统与实际系统间的动态响应和控制功能,并实时反馈修正,使预测结果更加精确、可靠,设计研发的预警系统可在矿井受瓦斯异常涌出威胁时发出可靠的预警信号。     

余吾矿瓦斯灾害综合预警技术研究

为了实现矿井瓦斯灾害过程控制,起到超前提醒作用,把瓦斯灾害遏制在萌芽状态,余吾煤矿结合矿井实际条件建立了瓦斯灾害综合预警平台。根据影响瓦斯灾害的各种因素建立预警模型,通过人工智能分析计算,实时发布预警结果,并建立预警响应机制,根据不同预警结果,采取安全措施,指导矿井生产实践。该预警系统有效遏制瓦斯灾害的发生,给瓦斯灾害应急响应预留了充足时间。     

顶板灰岩瓦斯涌出异常分析及治理技术

为厘清吕梁矿区某低瓦斯矿井顶板灰岩瓦斯涌出异常的原因,实测开采煤层及邻近煤层瓦斯含量、顶板裂隙涌水量、岩溶水离子成分及裂隙内瓦斯浓度,结合瓦斯异常涌出地点地质构造特征,剖析顶板灰岩瓦斯富集的原因,跟踪考察工作面瓦斯治理效果。研究表明:顶板灰岩裂隙水的封堵作用及层间裂隙水对顶板灰岩溶蚀改造形成的瓦斯储集空间是顶板灰岩瓦斯涌出异常的原因;使用顶板高位钻孔抽采灰岩富集区瓦斯,可减少巷道空间的瓦斯涌出量,降低瓦斯浓度,保障工作面的安全高效生产。     

基于支持向量机(SVM)的回采工作面瓦斯涌出混沌预测方法研究

针对瓦斯涌出传统的线性预测方法存在的问题,根据瓦斯涌出时间序列固有的确定性和非线性,利用混沌动力系统的相空间延迟坐标重构理论,结合基于机器学习理论的支持向量机(SVM),建立基于SVM理论的瓦斯涌出混沌时间序列预测模型。经Ⅱ1024回采工作面瓦斯涌出时间序列仿真计算,仿真结果显示该预测模型具有比传统的回归方法更好的泛化能力,预测方法具有很高的预测精度。同时,该模型具有以往传统机器学习的瓦斯涌出预测模型建立简便、训练速度快等优点。由于充分考虑瓦斯涌出时间序列的混沌性,并利用SVM预测的优良特性,使得预测更科学。     

基于Spark Streaming流回归的煤矿瓦斯浓度实时预测

为了实时分析瓦斯监测流数据并对瓦斯浓度进行准确预测以实现瓦斯灾害实时预警,以实时流数据处理框架Spark Streaming构建基于流回归的瓦斯浓度实时预测系统。系统采用分布式流处理技术,可使基于回归算法的瓦斯浓度预测模型更新周期达到秒级,提高了瓦斯浓度预测精度,满足流式大数据处理的实时性要求。实验表明:应用Spark Streaming流回归预测系统在采样周期为5 s的瓦斯监测数据流上进行实时预测时,预测平均均方根误差随模型更新周期的缩短而减小,模型更新周期可达15 s,且更新周期为45 s时预测总均方根误差最小,既能保证预测精度,又能提高瓦斯灾害预警时效。     

采空区瓦斯涌出源位置对瓦斯浓度及自燃带分布的影响

利用Fluent软件,对采空区瓦斯为采空区整个区域涌出和上、下临近层及底板遗煤处同时涌出两种情况下的流场进行了数值模拟,并分析了采空区瓦斯体积分数及自燃带分布规律。结果表明:当采空区整个区域瓦斯涌出时,采空区瓦斯体积分数由底板到顶板垂直方向上呈逐渐升高的趋势;当上、下临近层及底板遗煤处瓦斯同时涌出时,采空区瓦斯体积分数在靠近底板和顶板位置处较高,中间区域处较低。与采空区整个区域瓦斯涌出相比,当上、下临近层及底板遗煤处瓦斯同时涌出时,在采空区底板处,自燃带更靠近工作面;在采空区底板和顶板中间位置处,自燃带远离工作面;在采空区顶板处,自燃带位置几乎没有变化。     

风筒出口位置对掘进工作面瓦斯分布的影响

根据计算流体动力学(CFD)理论,运用Fluent软件对掘进工作面的风流流场及瓦斯分布进行数值模拟,研究了在断面形状为梯形的掘进巷道中,瓦斯从掘进迎头和巷道两帮均匀涌出时,风筒出口离掘进迎头的距离对掘进巷道中风流流场和瓦斯分布的影响.结果表明: 压入式局部通风掘进巷道工作面风流从风筒出口流出后,沿风流方向瓦斯浓度逐渐增大,在靠近迎头处巷道两帮底部和顶部瓦斯浓度较高;随着瓦斯涌出量的增加,由于高浓度瓦斯密度降低而产生的上浮力的作用,在靠近迎头的上部区域发生瓦斯沿顶板逆风流方向流动的现象;上浮力的作用会改变流场的分布状况,在靠近迎头处产生涡流;风筒出口离掘进迎头越近,风流到达迎头时携带的瓦斯量越少,且迎头处的风速越大,靠近迎头区域中的瓦斯浓度越低.     

回采工作面瓦斯涌出特征及其灰色预测模型

在分析回采工作面瓦斯涌出特征的基础上 ,分别建立了回采工作面瓦斯涌出量与采深和工作面产量关系灰色预测 GM(1,1)改进模型 ,以预测工作面在不同采深与产量时的瓦斯涌出量。实际应用表明 ,预测模型可信 ,精度能满足要求。     

采空区瓦斯涌出的回采速度效应分析

为了深入了解煤层开采时工作面回采速度对采空区瓦斯涌出的影响,提高矿井采空区瓦斯治理能力,保障矿井安全生产,通过建立数学模型并采用COMSOL有限元分析软件建立不同回采速度采空区瓦斯涌出模型,开展数值模拟试验,研究不同回采速度下采空区瓦斯涌出规律及分布情况。结果表明:不同回采速度下采空区相同深度的瓦斯浓度呈梯度增长;通过对现场采空区回采速度数据进行归类平均后,降低其他因素对采空区瓦斯涌出的影响后,采空区瓦斯涌出量与回采速度线性相关性从0.60提高至0.94,表明回采速度越快,采空区瓦斯涌出速度越快,采空区瓦斯涌出量越大。研究结果揭示了煤层开采过程中回采速度对采空区瓦斯涌出的影响规律,为现场优化回采速度及抽采参数提供了理论指导。     

大气压力变化对工作面瓦斯涌出的影响研究

为降低大气压变化造成矿井发生安全事故的可能性，将地面大气压变化数据与某矿工作面瓦斯浓度变化数据进行分析，研究地面大气压的变化规律与传播规律及其对矿井气压的影响，分析大气压变化对工作面瓦斯涌出的作用影响。结果表明：该地区海拔高度每增高1m气压降低大约10 Pa,大气压力发生变化会传递到井下空间，其传递方式与声波相同，且井下压力的变化滞后于大气压力。大气压力的下降速度越快则工作面瓦斯浓度的增加速度也越快，与大气压力下降的具体值关系不大。研究结果可为瓦斯异常涌出预警及相关治理措施的制订提供参考依据。     

掘进巷道瓦斯分布数值实验研究

根据局部通风流场特点确定适合矿井局部通风掘进巷道工作面瓦斯与风流质量交换的数学模型,在近壁面使用标准壁面函数法解决近壁面的流动,在湍流充分发展区,使用RNG k-ε双方程湍流模型;讨论考虑巷道支护的情况下壁面粗糙度的影响,确定矿井掘进工作面局部通风模型网格划分的方法、掘进头瓦斯涌出的边界条件;利用计算流体力学(CFD)软件Fluent对掘进工作面的风流与瓦斯的混合过程进行了模拟;得出不同瓦斯涌出量情况下掘进巷道工作面风流分布和瓦斯浓度的分布规律。研究表明:瓦斯涌出量和风速对流场分布有影响,随着瓦斯涌出量的增大和风速的降低,瓦斯对流场的影响越来越明显。     

基于模糊模式识别的瓦斯含量指标异常预警技术

提出利用模糊模式识别技术对瓦斯涌出异常进行动态预警的新思路;通过对已知巷道的瓦斯含量监测数据和素描图进行分析,提取引起瓦斯涌出异常的前兆特征作为模式识别的特征向量,来对实时监测的巷道的工况进行判断,确定其是否存在瓦斯涌出异常的可能性。该方法将传统煤矿安全监控系统事后报警转变成事前预警,提高了系统的可用性。     

矿井反风时期网域系统瓦斯运移仿真

为了解矿井反风时期矿井系统网域中瓦斯运移及其体积分数分布的变动,以九里山矿井为实例,运用TF1M3D进行仿真分析。根据反风时采空区瓦斯分布换向变化和涌出处在最低值期的特征,指出反风后系统瓦斯涌出源主要来自采煤工作面。模拟得到反风时期工作面瓦斯体积分数的变化规律是,在实施全矿反风后,工作面回风道的瓦斯重新回流至工作面,与工作面内涌出的瓦斯重复叠加形成体积分数高峰瓦斯风流,致使反风后原来进风巷中回风流瓦斯体积分数增高;反风刚开始时瓦斯体积分数陡增,待峰值过后,瓦斯体积分数逐渐呈阶梯式降低。模拟结果反映出反风时采煤工作面中回流瓦斯与涌出瓦斯形成二次叠加的存在性,而所产生的瓦斯体积分数高峰值与矿井回风网络系统的结构有关。高峰瓦斯风流影响矿井反风过程的安全性,因此不但应连续检测工作面的瓦斯体积分数变化,更应提前做好应对措施和技术预案。